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Ressources · 1ʳᵉ · Maths sans spécialité · Devoir surveillé bilan

Devoir surveillé : Suites et modèles d'évolution

Maths 1ʳᵉ · un devoir qui mélange 4 chapitres, en 3 niveaux : ★ les bases, ★★ niveau DS classique, ★★★ pour aller plus loin. Sujets et corrigés détaillés, à faire en temps limité puis à corriger.

Sujet et corrigé prêts à imprimer.

Niveau ★ les bases · Durée 60 min · Noté sur 20
60:00
benprofparticulier.frMaths sans spécialité · 1ʳᵉ

Devoir surveillé – Suites et modèles d'évolution — niveau ★

Durée : 60 min – Calculatrice interdite – Sur 20 points · Maths sans spécialité 1ʳᵉ

Nom : Date : Note : / 20

Tous les calculs doivent figurer sur la copie. Les résultats seront donnés sous la forme la plus simple possible.

Exercice 1 – Automatismes

(6 pts)
  1. a)(un) est la suite arithmétique de premier terme u0=12 et de raison 4,5. Calculer u6.
  2. b)(vn) est la suite géométrique de premier terme v0=5 et de raison 3. Calculer v4.
  3. c)Calculer 491,5.
  4. d)Le prix d'un article passe de 250 € à 290 €. Donner l'indice du nouveau prix en base 100 sur l'ancien, puis le taux d'évolution.
  5. e)Un prix baisse de 30%, puis augmente de 50%. Donner le coefficient multiplicateur global, puis l'évolution globale en pourcentage.
  6. f)Le nombre de visiteurs d'un festival passe de 1600 à 3600 en deux ans. Calculer le taux d'évolution annuel moyen.

Exercice 2 – Problème — Deux colonies de fourmis

(5 pts)

Un laboratoire élève deux colonies de fourmis. La colonie A compte 1500 ouvrières au début de l'observation et gagne 300 ouvrières par semaine. La colonie B compte 1024 ouvrières au début de l'observation, et ce nombre augmente de 25% par semaine. On note an et bn les nombres d'ouvrières des colonies A et B au bout de n semaines ; ainsi a0=1500 et b0=1024.

  1. a)Calculer a1, a2, b1 et b2.
  2. b)Préciser la nature de chacune des suites (an) et (bn), avec sa raison, puis exprimer an et bn en fonction de n.
  3. c)Donner, en justifiant, le sens de variation de chacune des deux suites.
  4. d)On considère le programme Python ci-dessous. Quelle valeur la variable n contient-elle à la fin de son exécution ? Interpréter ce résultat.
    a = 1500
    b = 1024
    n = 0
    while b <= a:
        a = a + 300
        b = b * 1.25
        n = n + 1
  5. e)Au bout de combien de semaines la colonie A dépasse-t-elle 5000 ouvrières ?

Exercice 3 – Problème — La cote d'un scooter

(5 pts)

La valeur à la revente d'un scooter acheté neuf 2500 € est modélisée par V(x)=2500×0,64x, en euros, où x est le temps écoulé depuis l'achat, en années (x⩾0).

  1. a)Calculer V(1) et V(2). Quel pourcentage de sa valeur le scooter perd-il chaque année ?
  2. b)Donner, en justifiant, le sens de variation de la fonction V sur [0;+∞[.
  3. c)Calculer V(0,5). En déduire le pourcentage de baisse de la valeur sur un semestre.
  4. d)Calculer les indices de la valeur du scooter au bout de 0,5 an, de 1 an et de 2 ans, en base 100 à l'achat.
  5. e)Entre 0,5 an et 1 an, l'indice perd 16 points. Un vendeur en conclut que la valeur a baissé de 16%. A-t-il raison ? Justifier.

Exercice 4 – Problème — Des toits solaires

(4 pts)

Dans une région, 10000 toits étaient équipés de panneaux solaires en 2023, et 11449 en 2025. On donne 1,072=1,1449 et 1,073≈1,225.

  1. a)Calculer le coefficient multiplicateur et le taux d'évolution global du nombre de toits équipés entre 2023 et 2025.
  2. b)Montrer que le taux d'évolution annuel moyen entre 2023 et 2025 est de 7%, et expliquer pourquoi il ne vaut pas 14,49÷2, soit environ 7,25%.
  3. c)On suppose qu'à partir de 2025, le nombre de toits équipés augmente de 7% par an. On note un ce nombre l'année 2025+n ; ainsi u0=11449. Préciser la nature de la suite (un), exprimer un en fonction de n, puis calculer u2, arrondi à l'unité.
  4. d)Déterminer, en justifiant, la première année où plus de 14000 toits seront équipés.

Bon courage !

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Corrigé et barème – Suites et modèles d'évolution — niveau ★

Durée : 60 min – Calculatrice interdite – Sur 20 points · Maths sans spécialité 1ʳᵉ

Exercice 1 – Automatismes

(6 pts)
  1. a)Pour aller de u0 à u6, on ajoute 6 fois la raison : u6=u0+6r=12+6×4,5=12+27=39. (1 pt) (1)
  2. b)v4=v0×q4=5×34=5×81=405. (1 pt) (1)
  3. c)491,5=491×490,5=49×49=49×7=343. (1 pt) (1)
  4. d)290250×100=1,16×100=116 : l'indice vaut 116, le prix a augmenté de 16%. (0,5 pt + 0,5 pt) (1)
  5. e)CM=0,7×1,5=1,05 : le prix a augmenté de 5% au total (et non de 50−30=20%). (0,5 pt + 0,5 pt) (1)
  6. f)CM=36001600=2,25 sur n=2 ans. Comme 1,52=2,25 et 1,5>0, 1+tm=2,251/2=1,5 : le taux annuel moyen est de +50% (et non 125÷2=62,5%). (1 pt) (1)

Méthode — On repère d'abord le modèle : « on ajoute » donne une suite arithmétique (u0+nr), « on multiplie » une suite géométrique (u0×qn), et un pourcentage se traduit toujours par un coefficient multiplicateur avant tout calcul.

Exercice 2 – Problème — Deux colonies de fourmis

(5 pts)
  1. a)Colonie A : a1=1500+300=1800 et a2=1800+300=2100. Colonie B : une hausse de 25% correspond au coefficient 1,25, donc b1=1024×1,25=1280 et b2=1280×1,25=1600. (0,5 pt + 0,5 pt) (1)
  2. b)an+1=an+300 : (an) est arithmétique de raison 300, et an=1500+300n. bn+1=1,25×bn : (bn) est géométrique de raison 1,25, et bn=1024×1,25n. (0,5 pt + 0,5 pt) (1)
  3. c)La raison de (an) est 300>0 : (an) est strictement croissante. Pour (bn), le premier terme 1024 est positif et la raison 1,25 est supérieure à 1 : (bn) est strictement croissante. (0,5 pt + 0,5 pt) (1)
  4. d)La boucle tourne tant que b⩽a. On calcule les termes : a vaut 1500 ; 1800 ; 2100 ; 2400 ; 2700 ; 3000 et b vaut 1024 ; 1280 ; 1600 ; 2000 ; 2500 ; 3125. On a b4=2500⩽2700=a4, puis b5=3125>3000=a5 : la boucle s'arrête avec n =5. Au bout de 5 semaines, la colonie B dépasse la colonie A pour la première fois. (0,5 pt pour la valeur, 0,5 pt pour l'interprétation) (1)
  5. e)1500+300n>5000⟺300n>3500⟺n>353. Or 3×11=33 et 3×12=36, donc 11<353<12 : n=12. Vérification : a11=4800 et a12=5100. La colonie A dépasse 5000 ouvrières au bout de 12 semaines. (1 pt) (1)

Erreur fréquente — Une boucle « tant que » s'arrête au premier rang où sa condition devient fausse : ici le premier rang où bn>an, et non le dernier rang où la colonie B était encore derrière.

Exercice 3 – Problème — La cote d'un scooter

(5 pts)
  1. a)V(1)=2500×0,64=1600 € et V(2)=1600×0,64=1024 €. Le coefficient annuel est 0,64=1−0,36 : le scooter perd 36% de sa valeur chaque année. (0,5 pt + 0,5 pt) (1)
  2. b)2500>0 et 0<0,64<1 : la fonction x↦0,64x est strictement décroissante sur [0;+∞[, donc V aussi. (1 pt) (1)
  3. c)0,640,5=0,64=0,8, car 0,82=0,64 et 0,8>0. Donc V(0,5)=2500×0,8=2000 €. Sur un semestre, la valeur est multipliée par 0,8 : elle baisse de 20%, et non de 36÷2=18%. (0,5 pt + 0,5 pt) (1)
  4. d)20002500×100=80 ; 16002500×100=64 ; 10242500×100=40,96. L'indice vaut 100×0,64x. (1 pt) (1)
  5. e)Non. L'indice passe de 80 à 64 : il perd bien 80−64=16 points, mais le taux d'évolution vaut 6480−1=0,8−1=−0,2, soit une baisse de 20%. Une différence de points n'est un pourcentage que si l'indice de départ vaut 100. (1 pt) (1)

Piège — Un taux sur une demi-période ne s'obtient pas en divisant le taux annuel par 2 : on prend la racine carrée du coefficient, 0,64=0,8, soit −20% par semestre et non −18%.

Exercice 4 – Problème — Des toits solaires

(4 pts)
  1. a)CM=1144910000=1,1449 : le nombre de toits équipés a augmenté de 14,49%. (1 pt) (1)
  2. b)Il y a n=2 évolutions annuelles. Comme 1,072=1,1449 et 1,07>0, 1+tm=1,14491/2=1,07 : tm=7%. Les taux ne s'additionnent pas : la seconde hausse de 7% porte sur une valeur déjà augmentée. Contrôle : 1,07252≈1,1503≠1,1449. (0,5 pt pour 7%, 0,5 pt pour l'explication) (1)
  3. c)Chaque année, le nombre est multiplié par 1,07 : un+1=1,07×un. La suite est géométrique de raison 1,07 et un=11449×1,07n. u2=11449×1,1449=11449+11449×0,1449=11449+1658,9601=13107,9601, soit environ 13108 toits en 2027. (0,5 pt + 0,5 pt) (1)
  4. d)u2≈13108<14000 et u3≈11449×1,225=11449+11449×0,225=11449+2576,025≈14025>14000. La suite est croissante (raison 1,07>1), donc le seuil est franchi pour n=3 : en 2025+3=2028. (1 pt) (1)

Astuce — Pour un taux moyen sur 2 ans, on cherche le nombre positif dont le carré donne le coefficient global, ici 1,072=1,1449 ; on contrôle toujours en élevant le résultat à la puissance n.

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Sujet et corrigé prêts à imprimer.

Niveau ★★ niveau DS classique · Durée 120 min · Noté sur 20
120:00
benprofparticulier.frMaths sans spécialité · 1ʳᵉ

Devoir surveillé – Suites et modèles d'évolution — niveau ★★

Durée : 120 min – Calculatrice interdite – Sur 20 points · Maths sans spécialité 1ʳᵉ

Nom : Date : Note : / 20

Tous les calculs doivent figurer sur la copie. Les résultats seront donnés sous la forme la plus simple possible.

Exercice 1 – Automatismes

(3 pts)
  1. a)(un) est une suite arithmétique telle que u3=17 et u8=39. Déterminer sa raison et u0.
  2. b)(vn) est une suite géométrique à termes strictement positifs telle que v2=50 et v4=84,5. Déterminer sa raison.
  3. c)Calculer 1252/3.
  4. d)Un indice passe de 125 à 150. Donner l'écart en points et le taux d'évolution.
  5. e)Résoudre dans [0;+∞[ l'inéquation 4x⩾32.
  6. f)Déterminer le plus petit entier naturel n tel que 7−0,4n<0.

Exercice 2 – Vrai ou faux ?

(4 pts)
  1. a)« Une grandeur qui augmente de 5% par an pendant 4 ans augmente au total de 20%. »
  2. b)« La suite définie pour tout entier naturel n par un=3×2n+1 est géométrique. »
  3. c)« En base 100 en 2020, l'indice d'une grandeur vaut 80 en 2024. Pour retrouver sa valeur de 2020, elle doit augmenter de 20%. »
  4. d)« Pour tout réel x⩾0, 0,9x⩽1. »

Exercice 3 – Problème — Deux projections pour une ville nouvelle

(5 pts)

Une ville nouvelle compte 25000 habitants. Deux projections sont étudiées : dans la projection A, la population augmente de 1750 habitants par an ; dans la projection B, elle augmente de 6% par an. On note an et bn les populations prévues par ces projections dans n années ; ainsi a0=b0=25000. On donne : 1,066≈1,4185 et 1,067≈1,5036.

  1. a)Calculer a1, a2, b1 et b2. Quelle projection prévoit le plus d'habitants les premières années ?
  2. b)Préciser la nature des suites (an) et (bn), puis exprimer an et bn en fonction de n.
  3. c)Montrer que, dans la projection A, la population augmente de 1750an×100% de l'année n à l'année n+1. Pour quels entiers n cette hausse est-elle strictement inférieure à 6% ?
  4. d)À l'aide des valeurs données, montrer que la projection B prévoit moins d'habitants que la projection A au bout de 6 ans, mais davantage au bout de 7 ans.
  5. e)En utilisant la question c), expliquer pourquoi la projection B prévoit ensuite toujours plus d'habitants que la projection A.

Exercice 4 – Problème — Un verre teinté

(4 pts)

Un fabricant étudie la lumière qui traverse un verre teinté. Pour une épaisseur de x millimètres (x⩾0), il modélise la part de lumière transmise, en pourcentage de la lumière reçue, par T(x)=100×ax, où a est un réel strictement positif. Une mesure donne T(1)=81. On donne 0,98≈0,4305 et 0,99≈0,3874.

  1. a)Déterminer a, puis interpréter ce nombre en pourcentage. Donner le sens de variation de T.
  2. b)Calculer T(0,5) et T(2). Entre 1 mm et 2 mm d'épaisseur, de combien de points la part transmise diminue-t-elle, et de quel pourcentage ?
  3. c)Le fabricant vend des verres dont l'épaisseur est un multiple de 0,5 mm. On note un=T(0,5n) la part transmise par un verre de 0,5n mm. Montrer que (un) est une suite géométrique dont on précisera la raison et le premier terme.
  4. d)Pour une serre, le verre doit transmettre au moins 40% de la lumière. Quelle est l'épaisseur maximale possible parmi les verres vendus ?

Exercice 5 – Problème — Des consignes à colis

(4 pts)

Dans une ville, le nombre de colis retirés dans des consignes automatiques est suivi par un indice, en base 100 en 2018.

Année201820202024
Indice (base 100 en 2018)100125180
En 2024, 45000 colis ont été retirés. On donne 1,441/4≈1,0954.

  1. a)Combien de colis ont été retirés en 2018 ? Donner le taux d'évolution du nombre de colis entre 2018 et 2024, puis entre 2020 et 2024.
  2. b)Exprimer les indices de 2018, 2020 et 2024 en base 100 en 2020.
  3. c)Calculer le taux d'évolution annuel moyen entre 2020 et 2024, arrondi à 0,01%.
  4. d)On suppose que ce rythme moyen se maintient après 2024. Montrer que le coefficient multiplicateur entre 2024 et 2026 vaut exactement 1,2, puis prévoir le nombre de colis retirés en 2026.

Bon courage !

Ce document est la propriété intellectuelle de Ben, professeur particulier (benprofparticulier.fr), protégée par le Code de la propriété intellectuelle (art. L. 111-1 et L. 122-4). Il est mis à disposition pour un usage personnel de révision. Toute reproduction, diffusion, mise en ligne ou revente, totale ou partielle, sans autorisation écrite est interdite et constitue une contrefaçon (art. L. 335-2).

Voir le corrigé et le barème
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Corrigé et barème – Suites et modèles d'évolution — niveau ★★

Durée : 120 min – Calculatrice interdite – Sur 20 points · Maths sans spécialité 1ʳᵉ

Exercice 1 – Automatismes

(3 pts)
  1. a)u8=u3+5r, donc 5r=39−17=22 et r=4,4. Puis u0=u3−3r=17−13,2=3,8. (0,5 pt) (0,5)
  2. b)v4v2=q2, donc q2=84,550=1,69. Or 1,32=1,69 et q>0 : q=1,3. (0,5 pt) (0,5)
  3. c)1251/3=5, car 53=125 et 5>0 ; donc 1252/3=(1251/3)2=52=25. (0,5 pt) (0,5)
  4. d)150−125=25 points ; 150125=1,2 : hausse de 20% (et non de 25%). (0,5 pt) (0,5)
  5. e)42,5=42×40,5=16×2=32. Comme 4>1, x↦4x est croissante : 4x⩾42,5⟺x⩾2,5. 𝒮=[2,5;+∞[. (0,5 pt) (0,5)
  6. f)7−0,4n<0⟺0,4n>7⟺n>17,5 : n=18. Vérification : 7−0,4×17=0,2>0 et 7−0,4×18=−0,2<0. (0,5 pt) (0,5)

Astuce — Entre deux termes connus, on fait la différence pour une suite arithmétique (u8−u3=5r) et le quotient pour une suite géométrique (v4v2=q2) : l'écart des rangs donne le nombre de raisons.

Exercice 2 – Vrai ou faux ?

(4 pts)
  1. a)Faux. Le coefficient global est 1,054 : 1,052=1,1025, puis 1,10252=1,21550625. La hausse est d'environ 21,55%, plus que 20% : chaque hausse porte sur une valeur déjà augmentée. (1 pt) (1)
  2. b)Faux. u0=4, u1=7 et u2=13 : u1u0=1,75, mais 1,75×7=12,25≠13, donc u2u1≠1,75. Deux quotients différents suffisent : la suite n'est pas géométrique (c'est le « +1 » qui l'en empêche). (1 pt) (1)
  3. c)Faux. Il faut multiplier par 10080=1,25, soit une hausse de 25%. Contrôle : 80×1,2=96<100, une hausse de 20% ne suffit pas. (1 pt) (1)
  4. d)Vrai. 0<0,9<1, donc x↦0,9x est strictement décroissante sur [0;+∞[ : pour tout x⩾0, 0,9x⩽0,90=1. (1 pt) (1)

Piège — Un seul contre-exemple suffit pour prouver qu'une affirmation générale est fausse ; pour prouver qu'elle est vraie, il faut un argument valable dans tous les cas, comme ici le sens de variation.

Exercice 3 – Problème — Deux projections pour une ville nouvelle

(5 pts)
  1. a)a1=25000+1750=26750 et a2=28500 ; b1=25000×1,06=26500 et b2=26500×1,06=28090. La projection A prévoit le plus d'habitants au début. (0,5 pt pour les calculs, 0,5 pt pour la conclusion) (1)
  2. b)On ajoute 1750 habitants chaque année : (an) est arithmétique de raison 1750, et an=25000+1750n. On multiplie par 1,06 chaque année : (bn) est géométrique de raison 1,06, et bn=25000×1,06n. (0,5 pt + 0,5 pt) (1)
  3. c)Le taux d'évolution est an+1−anan=1750an. Comme an>0 : 1750an<0,06⟺1750<0,06an⟺175000<6an⟺175000<150000+10500n⟺n>2500010500=5021. Or 21×2=42 et 21×3=63 : la hausse est inférieure à 6% pour tout n⩾3. Contrôle : 175028500≈6,1% et 175030250≈5,8%. (0,5 pt pour le taux, 0,5 pt pour n⩾3) (1)
  4. d)a6=25000+10500=35500 et b6≈25000×1,4185=35462,5<a6. a7=37250 et b7≈25000×1,5036=37590>a7. (0,5 pt + 0,5 pt) (1)
  5. e)Pour n⩾7, supposons bn>an. Alors bn+1=1,06bn>1,06an, et d'après c), comme n⩾3, an+1<1,06an (hausse inférieure à 6%). Donc bn+1>an+1 : de proche en proche, B garde l'avantage, car sa population progresse chaque année d'un pourcentage plus grand que celle de A. (1 pt) (1)

Méthode — Une suite arithmétique ajoute toujours la même quantité, donc un pourcentage de plus en plus faible ; une suite géométrique garde le même pourcentage : c'est pourquoi la croissance exponentielle finit par l'emporter.

Exercice 4 – Problème — Un verre teinté

(4 pts)
  1. a)T(1)=100×a=81, donc a=0,81. Chaque millimètre de verre arrête 19% de la lumière qui l'atteint (0,81=1−0,19). Comme 100>0 et 0<0,81<1, T est strictement décroissante. (0,5 pt pour a et son sens, 0,5 pt pour les variations) (1)
  2. b)T(0,5)=100×0,810,5=100×0,81=100×0,9=90 et T(2)=100×0,812=65,61. De 81 à 65,61, la part transmise perd 15,39 points, mais elle baisse de 19%, car 65,6181=0,81. (0,5 pt + 0,5 pt) (1)
  3. c)un=100×0,810,5n=100×(0,810,5)n=100×0,9n : (un) est géométrique de raison 0,9 et de premier terme u0=100. Ajouter 0,5 mm multiplie toujours la part transmise par 0,9. (1 pt) (1)
  4. d)un⩾40⟺0,9n⩾0,4. Or 0,98≈0,4305⩾0,4 et 0,99≈0,3874<0,4, et la suite est décroissante : la condition est vérifiée pour n⩽8. L'épaisseur maximale est 0,5×8=4 mm (environ 43% de lumière transmise). (1 pt) (1)

Erreur fréquente — « Moins 19% par millimètre » ne donne pas « moins 9,5% par demi-millimètre » : sur 0,5 mm, le coefficient est 0,810,5=0,9, soit −10%.

Exercice 5 – Problème — Des consignes à colis

(4 pts)
  1. a)45000×100180=25000 colis en 2018. De 2018 à 2024, l'indice passe de 100 à 180 : hausse de 80%. De 2020 à 2024 : 180125=1,44, soit une hausse de 44% (et non de 55%). (0,5 pt pour 25000, 0,5 pt pour les deux taux) (1)
  2. b)On divise par l'indice de 2020 et on multiplie par 100 : 2018 : 100125×100=80 ; 2020 : 100 ; 2024 : 180125×100=144. (1 pt) (1)
  3. c)CM=1,44 sur n=4 ans : 1+tm=1,441/4≈1,0954, soit environ +9,54% par an. (1 pt) (1)
  4. d)Le coefficient sur 2 ans est (1,441/4)2=1,442/4=1,440,5=1,44=1,2. En 2026 : 45000×1,2=54000 colis. (0,5 pt + 0,5 pt) (1)

Astuce — Pour changer de base, on divise tous les indices par celui de la nouvelle année de référence : les quotients d'indices, donc les taux d'évolution, ne changent pas.

Ce document est la propriété intellectuelle de Ben, professeur particulier (benprofparticulier.fr), protégée par le Code de la propriété intellectuelle (art. L. 111-1 et L. 122-4). Il est mis à disposition pour un usage personnel de révision. Toute reproduction, diffusion, mise en ligne ou revente, totale ou partielle, sans autorisation écrite est interdite et constitue une contrefaçon (art. L. 335-2).

Sujet et corrigé prêts à imprimer.

Niveau ★★★ pour aller plus loin · Durée 120 min · Noté sur 20
120:00
benprofparticulier.frMaths sans spécialité · 1ʳᵉ

Devoir surveillé – Suites et modèles d'évolution — niveau ★★★

Durée : 120 min – Calculatrice interdite – Sur 20 points · Maths sans spécialité 1ʳᵉ

Nom : Date : Note : / 20

Tous les calculs doivent figurer sur la copie. Les résultats seront donnés sous la forme la plus simple possible.

Exercice 1 – Automatismes

(3 pts)
  1. a)Écrire 80,5×21,5 sous la forme d'un entier.
  2. b)(un) est une suite arithmétique telle que u0=3 et u5=2u2. Déterminer sa raison.
  3. c)La valeur d'un ordinateur portable est multipliée par 0,5625 en 2 ans. Donner son taux d'évolution annuel moyen.
  4. d)En base 100 en 2020, l'indice d'une grandeur vaut 160 en 2024. Donner l'indice de 2020 en base 100 en 2024.
  5. e)Résoudre dans [0;+∞[ l'inéquation 0,25x<0,125.
  6. f)Déterminer le plus petit entier naturel n tel que 1,5n>10.

Exercice 2 – Démontrer

(4 pts)

Les quatre questions sont indépendantes.

  1. a)Soit (un) une suite géométrique de premier terme u0>0 et de raison q>0. On note In l'indice de un en base 100 au rang 0. Montrer que la suite (In) est géométrique, puis que le taux d'évolution entre les rangs n et n+p ne dépend que de p.
  2. b)Une grandeur strictement positive baisse d'un taux t, avec 0<t<1. Montrer que le taux d'évolution qui la ramène à sa valeur initiale vaut t1−t, puis qu'il est strictement supérieur à t.
  3. c)Soit (un) une suite géométrique de premier terme u0>0 et de raison q>1. On pose dn=un+1−un. Montrer que (dn) est géométrique de raison q, puis que les écarts entre deux termes consécutifs de (un) sont de plus en plus grands.
  4. d)Une grandeur strictement positive subit n évolutions successives de taux t1, …, tn, tous supérieurs ou égaux à un même réel t>−1. Montrer que son taux d'évolution moyen tm vérifie tm⩾t.

Exercice 3 – Problème — Les joueurs d'un jeu en ligne

(5 pts)

Un jeu en ligne comptait 1600 milliers de joueurs actifs à sa sortie. Un éditeur estime que ce nombre est divisé par 2 tous les 3 mois et le modélise par J(x)=1600×ax, en milliers, où x⩾0 est le temps écoulé depuis la sortie, en mois, et a un réel strictement positif. On donne 0,51/3≈0,794 ; 0,52/3≈0,630 ; 0,5≈0,707.

  1. a)Justifier que a3=0,5, en déduire a, puis le pourcentage de joueurs perdus chaque mois selon ce modèle. Pourquoi n'est-ce pas 503% ?
  2. b)Estimer le nombre de joueurs au bout d'un mois et demi, puis justifier que le modèle s'écrit aussi J(x)=1600×0,5x/3.
  3. c)Au bout de combien de mois le nombre de joueurs passe-t-il sous 100 milliers ?
  4. d)Un concurrent propose un modèle linéaire : le jeu perd 200 milliers de joueurs chaque mois. On note Ln=1600−200n le nombre de joueurs, en milliers, au bout de n mois, pour n entier de 0 à 8. Comparer, mois par mois, les deux modèles pour n allant de 1 à 8.
  5. e)Montrer que les deux modèles donnent le même taux d'évolution mensuel moyen sur les six premiers mois, et le calculer. Le modèle linéaire fait-il perdre le même pourcentage de joueurs chaque mois ?

Exercice 4 – Problème — Recoller deux séries d'indices

(4 pts)

Un institut publie l'indice du prix moyen des logements anciens d'une ville. Jusqu'en 2020, l'indice était en base 100 en 2014 ; depuis, il est en base 100 en 2020.

Année201420202024
Indice base 100 en 2014100133,1—
Indice base 100 en 2020—100121
On donne 1,1≈1,0488.

  1. a)Calculer l'indice de 2024 en base 100 en 2014. Entre 2020 et 2024, de combien de points cet indice augmente-t-il, et de quel pourcentage ?
  2. b)Montrer que le taux d'évolution annuel moyen du prix est le même de 2014 à 2020 et de 2020 à 2024, et en donner une valeur approchée.
  3. c)En déduire, sans calculer de nouvelle racine, le taux d'évolution annuel moyen de 2014 à 2024. Justifier.
  4. d)On suppose que l'indice continue d'évoluer à ce rythme après 2024. Déterminer la première année où l'indice en base 100 en 2014 dépassera 200.

Exercice 5 – Pour aller plus loin — Deux moyennes

(4 pts)

Dans cet exercice, a, b et c désignent trois réels strictement positifs.

  1. a)Déterminer le réel x>0 tel que 4 ; x ; 9 soient, dans cet ordre, trois termes consécutifs d'une suite géométrique, puis le réel y tel que 4 ; y ; 9 soient trois termes consécutifs d'une suite arithmétique. Comparer x et y.
  2. b)Montrer que a ; b ; c sont, dans cet ordre, trois termes consécutifs d'une suite géométrique si et seulement si b2=ac, et trois termes consécutifs d'une suite arithmétique si et seulement si 2b=a+c.
  3. c)Montrer que a+c2−ac=(a−c)22. En déduire que si a ; b ; c sont à la fois trois termes consécutifs d'une suite arithmétique et d'une suite géométrique, alors a=b=c.
  4. d)Une grandeur subit deux évolutions successives de taux t1 et t2, avec t1>−1 et t2>−1. Montrer que son taux d'évolution moyen tm vérifie tm⩽t1+t22. Application : le cours d'une action augmente de 90%, puis baisse de 52,5% ; comparer tm et la moyenne des deux taux. On donne 0,952=0,9025.

Bon courage !

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Voir le corrigé et le barème
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Corrigé et barème – Suites et modèles d'évolution — niveau ★★★

Durée : 120 min – Calculatrice interdite – Sur 20 points · Maths sans spécialité 1ʳᵉ

Exercice 1 – Automatismes

(3 pts)
  1. a)80,5=(23)0,5=21,5, donc 80,5×21,5=21,5+1,5=23=8. (0,5 pt) (0,5)
  2. b)u5=3+5r et u2=3+2r : 3+5r=6+4r, donc r=3. Contrôle : u5=18=2×9=2u2. (0,5 pt) (0,5)
  3. c)CM=0,5625 sur n=2 ans. Comme 0,752=0,5625 et 0,75>0, 1+tm=0,56251/2=0,75 : tm=−25% par an (et non −43,75÷2≈−21,9%). (0,5 pt) (0,5)
  4. d)100160×100=62,5. (0,5 pt) (0,5)
  5. e)0,25x=(0,52)x=0,52x et 0,125=0,53. Comme 0<0,5<1, la fonction x↦0,5x est décroissante : 0,52x<0,53⟺2x>3⟺x>1,5. 𝒮=]1,5;+∞[. (0,5 pt) (0,5)
  6. f)1,52=2,25 ; 1,54=2,252=5,0625 ; 1,55=7,59375⩽10 ; 1,56=11,390625>10. La suite (1,5n) est croissante, donc n=6. (0,5 pt) (0,5)

Méthode — Pour comparer des puissances de bases différentes, on cherche une base commune (8=23, 0,25=0,52), puis on compare les exposants, en changeant le sens si la base est comprise entre 0 et 1.

Exercice 2 – Démontrer

(4 pts)
  1. a)In=unu0×100=u0qnu0×100=100qn, donc In+1=qIn : (In) est géométrique de raison q et de premier terme 100. Entre les rangs n et n+p, le coefficient multiplicateur est In+pIn=100qn+p100qn=qp : le taux qp−1 ne dépend pas de n. Par exemple, avec q=0,6, l'évolution sur deux rangs vaut toujours 0,36−1=−64% (et non −80%). (0,5 pt + 0,5 pt) (1)
  2. b)La baisse a pour coefficient 1−t ; pour revenir à la valeur initiale, il faut multiplier par 11−t, soit un taux 11−t−1=1−(1−t)1−t=t1−t. Comme 0<1−t<1 et t>0, diviser t par 1−t donne un nombre plus grand que t : t1−t>t. Par exemple, après une baisse de 50%, il faut une hausse de 0,50,5=1, soit +100%. (0,5 pt + 0,5 pt) (1)
  3. c)dn=qun−un=(q−1)un, donc dn+1=(q−1)un+1=(q−1)qun=qdn : (dn) est géométrique de raison q, de premier terme d0=(q−1)u0>0. Ses termes sont positifs et sa raison q est supérieure à 1 : (dn) est strictement croissante, les écarts grandissent (alors qu'ils sont constants, égaux à la raison, pour une suite arithmétique). (0,5 pt + 0,5 pt) (1)
  4. d)Pour tout i, 1+ti⩾1+t>0 ; en multipliant ces inégalités entre nombres positifs, CM=(1+t1)⋯(1+tn)⩾(1+t)n. Raisonnons par l'absurde : si 1+tm<1+t, ces deux nombres étant positifs, (1+tm)n<(1+t)n⩽CM, ce qui contredit (1+tm)n=CM. Donc 1+tm⩾1+t, c'est-à-dire tm⩾t. (1 pt) (1)

Méthode — Pour montrer qu'une suite est géométrique, on exprime le terme suivant en fonction du terme courant (In+1=qIn, dn+1=qdn) : le facteur obtenu, indépendant de n, est la raison.

Exercice 3 – Problème — Les joueurs d'un jeu en ligne

(5 pts)
  1. a)Le nombre est divisé par 2 en 3 mois : J(3)=1600a3=800, donc a3=0,5. a est le nombre positif dont le cube vaut 0,5 : a=0,51/3≈0,794. Le jeu perd environ 1−0,794=0,206, soit 20,6% de ses joueurs par mois. Trois baisses de 503% donneraient le coefficient (56)3=125216≈0,579, soit −42% environ et non −50% : les baisses se multiplient. (0,5 pt pour a, 0,5 pt pour le pourcentage et l'explication) (1)
  2. b)J(1,5)=1600×a1,5=1600×(a3)0,5=1600×0,5≈1600×0,707=1131,2 milliers, soit environ 1,13 million de joueurs. Et ax=(0,51/3)x=0,5x/3. (0,5 pt + 0,5 pt) (1)
  3. c)J(x)<100⟺0,5x/3<1001600=0,0625=0,54. Comme 0<0,5<1, t↦0,5t est décroissante : x3>4⟺x>12. Le nombre de joueurs passe sous 100 milliers après 12 mois, soit un an (J(12)=100 exactement). (1 pt) (1)
  4. d)J(n)=1600×0,5n/3 se calcule avec les propriétés : J(3)=800, J(6)=400, J(1)≈1600×0,794≈1270, J(2)≈1600×0,630=1008, J(4)=800×0,51/3≈800×0,794≈635, J(5)=800×0,52/3≈800×0,630=504, J(7)=400×0,51/3≈400×0,794≈318, J(8)=400×0,52/3≈400×0,630=252 (valeurs calculées avec les valeurs approchées données). Modèle linéaire : 1400 ; 1200 ; 1000 ; 800 ; 600 ; 400 ; 200 ; 0. Le modèle linéaire donne plus de joueurs de 1 à 5 mois, autant au bout de 6 mois (400 milliers), puis moins à 7 et 8 mois. (0,5 pt pour les valeurs, 0,5 pt pour la comparaison) (1)
  5. e)Dans les deux modèles, le nombre passe de 1600 à 400 milliers en 6 mois : même coefficient global 0,25, même nombre de périodes, donc même taux moyen. 1+tm=0,251/6=(0,52)1/6=0,51/3≈0,794 : tm≈−20,6% par mois. Mais le modèle linéaire perd 2001600=12,5% le premier mois et 200600≈33,3% le sixième : le taux moyen lisse des évolutions très différentes. (0,5 pt + 0,5 pt) (1)

Erreur fréquente — « Divisé par 2 en 3 mois » ne signifie pas « −503% par mois » : le coefficient mensuel est le nombre positif dont le cube vaut 0,5, environ 0,794.

Exercice 4 – Problème — Recoller deux séries d'indices

(4 pts)
  1. a)Le prix est multiplié par 1,331 de 2014 à 2020, puis par 1,21 de 2020 à 2024 : en base 100 en 2014, l'indice de 2024 vaut 133,1×1,21=133,1+27,951=161,051. Il gagne 161,051−133,1=27,951 points, soit une hausse de 21% (et non de 27,951%). (0,5 pt + 0,5 pt) (1)
  2. b)1,12=1,21 et 1,13=1,331. De 2014 à 2020 (6 ans) : 1+tm=1,3311/6=(1,13)1/6=1,11/2. De 2020 à 2024 (4 ans) : 1+tm=1,211/4=(1,12)1/4=1,11/2. Même taux : 1,1−1≈0,0488, soit environ +4,88% par an. (0,5 pt pour l'égalité, 0,5 pt pour la valeur) (1)
  3. c)Sur 10 ans, le coefficient global est 161,051÷100=1,61051=1,13×1,12=1,15=(1,1)10 : le taux moyen est encore 1,1−1≈4,88%. En effet, 6 ans puis 4 ans au même taux moyen équivalent à 10 ans à ce taux. (1 pt) (1)
  4. d)k années après 2024, l'indice vaut 161,051×(1,1)k=100×1,15+k/2, qui croît avec k. Pour k=4 : 100×1,17=161,051×1,21≈194,87<200. Pour k=5 : 194,87×1,1≈194,87×1,0488≈204,4>200. L'indice dépasse 200 pour la première fois en 2024+5=2029. (1 pt) (1)

Astuce — Reconnaître des puissances d'un même nombre (1,331=1,13, 1,21=1,12) permet de calculer des racines n-ièmes sans calculatrice, avec la règle (ax)y=axy.

Exercice 5 – Pour aller plus loin — Deux moyennes

(4 pts)
  1. a)Géométrique : x4=9x, soit x2=36, et x>0, donc x=6 (raison 1,5). Arithmétique : y−4=9−y, soit y=6,5 (raison 2,5). On a x<y. (0,5 pt + 0,5 pt) (1)
  2. b)Les termes étant strictement positifs, a ; b ; c sont consécutifs dans une suite géométrique si et seulement si on multiplie par le même nombre pour passer de a à b et de b à c : ba=cb⟺b2=ac. Ils sont consécutifs dans une suite arithmétique si et seulement si on ajoute le même nombre : b−a=c−b⟺2b=a+c. (0,5 pt + 0,5 pt) (1)
  3. c)(a−c)2=a−2ac+c=a+c−2ac ; en divisant par 2, on obtient l'égalité. Si les deux propriétés sont vraies, b) donne b=ac (car b>0) et b=a+c2 : la différence est nulle, donc a=c, a=c, puis b=a2=a. (0,5 pt + 0,5 pt) (1)
  4. d)Avec A=1+t1>0 et C=1+t2>0 : 1+tm=(AC)1/2=AC. D'après c), AC⩽A+C2=1+t1+t22, d'où tm⩽t1+t22. Application : CM=1,9×0,475=0,9025=0,952, donc 1+tm=0,9025=0,95 et tm=−5% : le cours a baissé (de 9,75% en tout), alors que la moyenne des deux taux, 90−52,52=18,75%, annonce une hausse. (0,5 pt + 0,5 pt) (1)

Piège — La moyenne des taux n'est jamais inférieure au taux moyen, et elle ne lui est égale que si les deux taux sont égaux : après +90% puis −52,5%, elle annonce +18,75%, alors que le cours a perdu 5% par période en moyenne.

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